气候变化正在给部分地区的农业部门带来压力。
麻省理工学院的研究人员开发出一种工艺，可在种子发芽阶段保护其免受缺水带来的压力。
该方法是用一种凝胶状物质包裹种子，这种物质既能保持水分，又能为种子提供额外的营养。
制作这种涂层所需的材料在食品行业中已经可以获得。
在这一工艺得到更广泛应用之前，还需要开展更多研究。
随着全球持续变暖，许多原本农业条件就较为勉强的干旱地区将面临日益加剧的压力，可能导致严重的粮食短缺。如今，麻省理工学院的研究人员提出了一种有前景的工艺，可在种子关键的发芽阶段保护其免受缺水压力，同时还能为植物提供额外的营养。
研究人员表示，该工艺目前正与摩洛哥的研究人员合作开展持续测试，简单且成本低廉，可在干旱地区广泛推广。相关研究成果本周发表于《Nature Food》期刊，论文作者包括麻省理工学院土木与环境工程教授Benedetto Marelli、麻省理工学院博士生Augustine Zvinavashe（’16届），以及来自麻省理工学院和摩洛哥穆罕默德六世理工大学的另外八位学者。
该团队开发的双层涂层，是Marelli教授及其合作者多年来开发具有多种功效的种子涂层研究的直接成果。一种早期版本已使种子能够抵御土壤中的高盐分，而新版本则旨在应对缺水问题。
“我们希望研制一种专门应对干旱的涂层，”Marelli解释说。“由于有明确证据表明，气候变化将影响地中海流域，”他说，“我们需要开发新技术，帮助减缓气候模式的这些变化，因为这些变化将导致可用于农业的水资源减少。”
这种新涂层受到某些种子（如奇亚籽和罗勒）天然涂层的启发，旨在防止种子干燥失水。它形成一层凝胶状涂层，能够牢牢锁住途经的任何水分，并将种子包裹其中。
涂层的内层含有一种称为根瘤菌的保存微生物，以及一些帮助其生长的营养物质。当接触到土壤和水分后，这些微生物会将氮固定到土壤中，为幼苗提供营养丰富的肥料，助其生长。
“我们的想法是让种子涂层具备多种功能，”Marelli说，“不仅针对这一水分保持层，还针对根瘤菌。这正是我们种子涂层的真正附加价值所在，因为这些是能够自我复制的微生物，可以为植物固定氮素，从而减少所需施用的氮基肥料用量，并使土壤变得更加肥沃。”
研究人员表示，利用摩洛哥试验农场土壤进行的早期测试已显示出令人鼓舞的结果，目前种子的田间试验也已经开始。
最终，如果这些涂层经过进一步测试证明其价值，那么它们的操作足够简单，可以在当地层面应用，甚至适用于发展中国家的偏远地区。“可以在当地完成，”Zvinavashe说。“这是我们在设计时考虑的因素之一。第一层可以浸涂，第二层可以喷涂。这些都是非常简单的工序，农民可以自行完成。”不过，Zvinavashe总体上表示，集中在更易于保存和稳定固氮细菌的设施中进行涂层处理会更加经济。
Marelli表示，涂层所需的材料容易获得，且已在食品行业中广泛使用。这些材料还可完全生物降解，而且其中部分化合物本身可从食物废弃物中提取，从而有望最终实现能够持续回收自身废弃物的闭环系统。
Marelli表示，尽管该工艺会使种子本身的成本略有增加，但它也可能通过减少对水和肥料的需求而节省开支。成本与效益的净平衡仍有待进一步研究确定。
尽管使用普通豆类进行的初步测试已在根系质量、茎高、叶绿素含量以及其他多项指标上显示出令人鼓舞的结果，但该团队尚未用这种新涂层种子完成从播种到收获的完整作物培育，而收获将是检验其价值的最终标准。研究人员表示，假设它确实能提高干旱条件下的收成，下一步将把研究扩展到其他多种重要作物的种子。
“该系统非常简单，可应用于任何种子，”Marelli说。“而且我们可以设计种子涂层，使其适应不同的气候模式。”他表示，甚至有可能根据某一生长季的预测降雨量来定制涂层。
“这是非常重要的工作，”康涅狄格州农业实验站主任、耶鲁大学流行病学教授Jason C. White表示，他未参与本研究。“在未来几十年维持全球粮食安全，将是人类面临的最重大挑战之一。……这一方法符合该努力中重要工具的特征：可持续、响应灵活且高效。”
White表示：“种子涂层技术并不新鲜，但几乎所有现有方法都缺乏通用性或响应性。”他说，这项新工作“既新颖又具创新性”，并且“确实为响应型种子涂层开辟了一条新的研究途径，可用于增强植物对多种生物和非生物胁迫因素的耐受性。”
研究团队成员包括Julie Laurent、Salma Mouhib、Hui Sun、Henri Manu Effa Fouda、Doyoon Kim、Manal Mhada和Lamfeddal Kouisni，他们来自麻省理工学院以及摩洛哥本·格里尔的穆罕默德六世理工大学。该研究部分得到了OCP S.A.、穆罕默德六世理工大学–麻省理工学院研究项目、美国海军研究办公室、美国国家科学基金会以及麻省理工学院Paul M. Cook职业发展教授职位的支持。
